Bài học

Lợi ích và hạn chế của năng lượng tái tạo

Mục tiêu bài học

Sau bài học này, em nêu và giải thích được lợi ích cùng hạn chế của năng lượng tái tạo so với năng lượng hoá thạch, tính được lượng khí thải CO2 giảm được khi thay thế nhiệt điện than bằng năng lượng tái tạo, và vận dụng dữ kiện thực tế để đề xuất lựa chọn nguồn năng lượng phù hợp cho một địa phương cụ thể.

Kiến thức nền cần nhớ

Bài trước đã so sánh hiệu suất chuyển hoá của bốn nguồn tái tạo. Bài này mở rộng góc nhìn: hiệu suất kỹ thuật chỉ là một phần của bức tranh, còn cần cân nhắc môi trường, chi phí, và điều kiện tự nhiên. Kiến thức nền cần nhớ: than đá, dầu mỏ, khí đốt là nhiên liệu hoá thạch — hình thành qua hàng triệu năm, dùng đến đâu cạn dần đến đó, khác hẳn gió, nắng, nước, sinh khối liên tục được tự nhiên bổ sung.

Khởi động

Than đá và dầu mỏ có thể đốt cháy để phát điện ổn định bất kể ngày hay đêm, nắng hay mưa. Vậy tại sao Việt Nam vẫn đầu tư rất mạnh vào điện gió, điện mặt trời — những nguồn vốn phụ thuộc thời tiết và không ổn định bằng?

Kiến thức trọng tâm

Lợi ích của năng lượng tái tạo: nguồn liên tục được bổ sung tự nhiên (gió, nắng, nước, sinh khối), khác hẳn than, dầu, khí là tài nguyên hữu hạn, khai thác cạn dần; giảm phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính và ô nhiễm không khí so với đốt nhiên liệu hoá thạch; tận dụng được điều kiện tự nhiên sẵn có của Việt Nam — bờ biển dài, nắng nhiều ở Nam Trung Bộ, hệ thống sông ngòi dốc; giảm phụ thuộc vào việc nhập khẩu nhiên liệu từ nước ngoài.

Hạn chế: gió và mặt trời phụ thuộc thời tiết và thời điểm trong ngày — điện mặt trời không phát về đêm, điện gió phụ thuộc tốc độ gió — nên cần kết hợp nhiều nguồn khác nhau hoặc có hệ thống lưu trữ để bù trừ; chi phí đầu tư ban đầu cho tấm pin, tua-bin, đường dây truyền tải còn cao; các dự án quy mô lớn cần diện tích đất hoặc mặt biển rộng; thuỷ điện lớn có thể ảnh hưởng đến dòng chảy tự nhiên và đời sống người dân ven sông, cần cân nhắc kỹ tác động sinh thái. Vì mỗi nguồn đều có điểm mạnh và điểm yếu riêng, giải pháp thực tế thường là xây dựng một hệ thống năng lượng kết hợp nhiều nguồn (mặt trời, gió, thuỷ điện, cùng lưới điện quốc gia) để bù trừ lẫn nhau, thay vì phụ thuộc hoàn toàn vào một nguồn duy nhất.

**Lợi ích** của năng lượng tái tạo: nguồn liên tục được bổ sung tự nhiên (gió, nắng, nước, sinh khối), khác hẳn than, dầu, khí là tài nguyên hữu hạn, khai thác cạn dần; giảm phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính và ô nhiễm không khí so với đốt nhiên liệu hoá thạch; tận dụng được điều kiện tự nhiên sẵn có của Việt Nam — bờ biển dài, nắng nhiều ở Nam Trung Bộ, hệ thống sông ngòi dốc; giảm phụ thuộc vào việc nhập khẩu nhiên liệu từ nước ngoài. **Hạn chế**: gió và mặt trời phụ thuộc thời tiết và thời điểm trong ngày — điện mặt trời không phát về đêm, điện gió phụ thuộc tốc độ gió — nên cần kết hợp nhiều nguồn khác nhau hoặc có hệ thống lưu trữ để bù trừ; chi phí đầu tư ban đầu cho tấm pin, tua-bin, đường dây truyền tải còn cao; các dự án quy mô lớn cần diện tích đất hoặc mặt biển rộng; thuỷ điện lớn có thể ảnh hưởng đến dòng chảy tự nhiên và đời sống người dân ven sông, cần cân nhắc kỹ tác động sinh thái. Vì mỗi nguồn đều có điểm mạnh và điểm yếu riêng, giải pháp thực tế thường là xây dựng một **hệ thống năng lượng kết hợp nhiều nguồn** (mặt trời, gió, thuỷ điện, cùng lưới điện quốc gia) để bù trừ lẫn nhau, thay vì phụ thuộc hoàn toàn vào một nguồn duy nhất.

Nhiệt điện than phát thải CO2 cao vượt trội so với mọi nguồn năng lượng tái tạo, kể cả khi tính thêm phát thải từ sản xuất thiết bị.

Ví dụ

Tính lượng CO2 giảm phát thải khi dùng điện mặt trời thay nhiệt điện than

1
Một nhà máy điện mặt trời phát 10 triệu kWh điện mỗi năm. Biết nếu dùng nhiệt điện than để phát cùng lượng điện đó sẽ thải ra khoảng 0,9kg CO2/kWh, trong khi điện mặt trời gần như không phát thải CO2 khi vận hành. Tính lượng CO2 mà nhà máy điện mặt trời này giúp giảm phát thải trong một năm.
2
Phát thải riêng của nhiệt điện than: $0{,}9\,\text{kg CO}_2\text{/kWh}$ . (1) Sản lượng điện cần thay thế: $10\,000\,000\,\text{kWh/năm}$ . (2)
Phát thải riêng của nhiệt điện than: $0{,}9\,\text{kg CO}_2\text{/kWh}$. (1) Sản lượng điện cần thay thế: $10\,000\,000\,\text{kWh/năm}$. (2)
3
Từ (1) và (2): $m_{CO_2} = 0{,}9 \times 10\,000\,000 = 9\,000\,000\,\text{kg} = 9000$ tấn.
Từ (1) và (2): $m_{CO_2} = 0{,}9 \times 10\,000\,000 = 9\,000\,000\,\text{kg} = 9000$ tấn.
4
Vậy việc dùng điện mặt trời thay nhiệt điện than giúp giảm khoảng 9.000 tấn CO2 mỗi năm — một con số cụ thể minh hoạ lợi ích môi trường của năng lượng tái tạo, thay vì chỉ nói chung chung "tốt cho môi trường".

Ví dụ

Bài toán dạng thi: đề xuất lựa chọn năng lượng tái tạo cho một tỉnh ven biển

1
Một tỉnh ven biển Nam Trung Bộ có: nắng trung bình 2600 giờ/năm, tốc độ gió trung bình ngoài khơi 7-8 m/s (thuộc loại tốt cho điện gió), diện tích đất liền hạn chế nhưng có vùng biển nông rộng. Hãy đề xuất và giải thích tỉnh này nên ưu tiên đầu tư loại năng lượng tái tạo nào, kèm ít nhất hai lý do dựa trên dữ kiện đã cho.
2
Với 2600 giờ nắng/năm, tỉnh có điều kiện thuận lợi cho điện mặt trời, nhưng đất liền hạn chế giới hạn quy mô các cánh đồng điện mặt trời lớn. (1)
3
Tốc độ gió 7-8 m/s ngoài khơi thuộc loại tốt (theo Chương 2, công suất tăng nhanh ở mức tốc độ này); vùng biển nông rộng cho phép xây dựng tua-bin gió ngoài khơi mà không cạnh tranh đất với nông nghiệp, dân cư. (2)
4
Từ (1) và (2): tỉnh nên ưu tiên điện gió ngoài khơi vì tận dụng được diện tích biển thay vì đất liền hạn chế, đồng thời tốc độ gió thuộc loại tốt; điện mặt trời áp mái hộ gia đình và công trình công cộng có thể bổ sung song song, tận dụng số giờ nắng cao mà không cần thêm đất trống quy mô lớn. Vậy giải pháp hợp lý là kết hợp cả hai nguồn, với điện gió ngoài khơi làm trọng tâm.
Từ (1) và (2): tỉnh nên ưu tiên điện gió ngoài khơi vì tận dụng được diện tích biển thay vì đất liền hạn chế, đồng thời tốc độ gió thuộc loại tốt; điện mặt trời áp mái hộ gia đình và công trình công cộng có thể bổ sung song song, tận dụng số giờ nắng cao mà không cần thêm đất trống quy mô lớn. Vậy giải pháp hợp lý là kết hợp cả hai nguồn, với điện gió ngoài khơi làm trọng tâm.

Sai lầm thường gặp

Cho rằng năng lượng tái tạo "hoàn toàn không có hạn chế nào", bỏ qua chi phí đầu tư và tác động đến đất đai, sinh thái. Ngược lại, cũng đừng coi năng lượng hoá thạch là vô hạn — than, dầu, khí đều là tài nguyên không tái tạo, khai thác đến đâu cạn dần đến đó.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ

Năng lượng tái tạo giảm phát thải và không cạn kiệt như nhiên liệu hoá thạch, nhưng có hạn chế về tính ổn định theo thời tiết, chi phí đầu tư, và nhu cầu diện tích. Lựa chọn nguồn phù hợp phải dựa trên dữ kiện tự nhiên cụ thể của từng địa phương, và giải pháp thực tế thường là kết hợp nhiều nguồn.

Cầu nối

Đầu tư đúng nguồn năng lượng tái tạo mới là một nửa câu chuyện. Chương sau chuyển sang phía sử dụng: làm sao dùng năng lượng tiết kiệm, hiệu quả để giảm áp lực lên toàn bộ hệ thống, dù điện đến từ nguồn nào.